(完整版)IEEE_1588協(xié)議基礎(chǔ)ppt版課件

1、IEEE 1588協(xié)議基礎(chǔ)篇Contents一、時鐘同步模型二、消息字段三、數(shù)據(jù)集四、數(shù)據(jù)類型一、時鐘同步模型IEEE 1588 又叫網(wǎng)絡(luò)化測量及控制系統(tǒng)的精確時鐘同步協(xié)議，PTP（精確時鐘協(xié)議），使用硬件和軟件配合，不需要額外的時鐘線，仍然使用原來以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)線傳送時鐘信號，使組網(wǎng)連接簡化和降低成本。1.1 PTP消息類型分為兩類：事件消息、普通消息。事件消息是在發(fā)送和接收端都要打精確的時間戳，普通消息不需要打時間戳。（1）事件消息：SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、Pd l R1.2 消息時間戳的產(chǎn)生當(dāng)發(fā)送和接收任何事件消息時，都會產(chǎn)生時間戳。當(dāng)消息的時間戳點經(jīng)過節(jié)點與網(wǎng)

2、絡(luò)的邊界時，時間戳事件發(fā)生，時間戳產(chǎn)生模型如下圖所示：上圖中A B C為打時間戳的點 這個點越靠近1.3 兩種同步機制延時請求響應(yīng)機制（Delay Request-Response Mechanism）對等延時機制（Peer Delay Mechanism）（1）延時請求響應(yīng)機制使用Sync、Delay_Req、Follow_Up，Delay_Resp消息進行消息同步，測量一對PTP端口的，模型為t2 t1 = Delay + Offsett4 t3 = Delay OffsetDelay = (t2 t1) + (t4 t3) 2Offset = (t2 t1) (t4 t3) 2在算法校正

3、過程中，對從時鐘的校正是通過校正offset實現(xiàn)的，Delay通常影響Offset的值，因此要通過測量這個延遲值來修正Offset。（2）對等延時機制對等延時機制用來測量端到端傳輸時間，如支持對等延時機制的通信端口的鏈路延時。用Pdelay_Req，Pdelay_Resp，Pdelay_Resp_Follow_Up消息進行同步。對于普通和邊界時鐘，對等延時機制與端口是master還是slave沒有關(guān)系。= (t2 t1) + (t4 t3) 21.4 設(shè)備類型有5中基本的設(shè)備類型（1）普通時鐘（Oridinary clock）（2）邊界時鐘（Boundary clock）（3）端到端透明時鐘（

4、End-to-end transparentclock）（4）對等透明時鐘（Peer-to-Peer transparentclock）（5）管理節(jié)點（Management node）普通和邊界時鐘的端口，兩種機制都可以使用，端到端透明時鐘與這兩個機制無關(guān)，對等透明時鐘使用對等延時機制。（1）普通時鐘通過以一個物理端口為媒介的兩個邏輯接口和網(wǎng)絡(luò)通信，事件接口用來發(fā)送和接收事件消息，包括兩類數(shù)據(jù)集，分別是時鐘數(shù)據(jù)集和端口數(shù)據(jù)集。端口數(shù)據(jù)集包含端口屬性，包括PTP狀態(tài)。Protocol engine：（1）發(fā)送和接收PTP消息（2）維護數(shù)據(jù)集（3）執(zhí)行與端口相關(guān)的狀態(tài)機（4）如果端口在slave狀

5、態(tài)，基于接收到的PTP定時消息和產(chǎn)生的時間戳，計算Master的時間。Local clock：當(dāng)普通時鐘端口在slave狀態(tài)時，本地時鐘的控制環(huán)路調(diào)節(jié)時鐘，使它的時鐘與它的主一致。如果端口在master狀態(tài)，本地時鐘在freerun狀態(tài)（2）邊界時鐘邊界時鐘模型如圖所示，有多個物理端口，每個端口和一個普通時鐘的端口類似，但有一些例外：1）時鐘數(shù)據(jù)集對邊界時鐘的所有端口共用；2）local clock也對邊界時鐘的所有端口共用；3）每一個協(xié)議引擎需要附加功能，它需要處理所有端口的狀態(tài)，決定利用哪個端口提供的時間信號來同步本地時鐘。與同步、建立主從層次和信令相關(guān)的信息終止在一個邊界時鐘的協(xié)議引擎，

6、不再向前轉(zhuǎn)發(fā)，管理消息由邊界時鐘的其它端口轉(zhuǎn)發(fā)，服從限制一個系統(tǒng)的消息傳輸時間的約束（3）End-to-End透明時鐘設(shè)備模型如圖所示，像一個網(wǎng)橋、路由器和轉(zhuǎn)發(fā)器一樣，端到端透明時鐘發(fā)送所有的消息。對于PTP事件消息，駐留時間橋測量PTP事件消息的駐留時間。駐留時間在一個特殊的域correctionField累積。這些校正是當(dāng)事件消息進入和離開透明時鐘產(chǎn)生的時間戳的不同。校正值計算如下圖所示注意 用來計算駐留時間的時間戳是基于本地時間產(chǎn)a）RC（Rate Control）利用延時請求響應(yīng)機制校正本地時鐘頻率等于master的時鐘頻率。這個方法的關(guān)鍵是它的操作是一個閉環(huán)，這意味著在一個節(jié)點的本地

7、振蕩器調(diào)節(jié)會影響下面的節(jié)點。b) RE（Rate Estimation）不控制本地振蕩器，讓其自由運行，用本地時間計算的駐留時間加到Sync或者Follow_Up消息中，比較接收到的sync和Follow_Up的駐留時間，計算本地自由運行時鐘與上一級時鐘之比。當(dāng)駐留時間相對于時鐘比值的足夠大，一連串透明時鐘的最差相位誤差累（4）Peer_to_Peer 透明時鐘設(shè)備模型如圖所示，與End_to_End透明時鐘不同在于：它校正和處理PTP定時消息的方式上。對等透明時鐘有一個block，這個block用來計算每個端口與其它端口的鏈路延時。通過交換Pdelay_Req，Pdelay_Resp和Pde

8、lay_Resp_Follow_Up消息來計算。對等透明時鐘和鏈路延時的校正模型如下圖所示。（5）管理節(jié)點管理節(jié)點的設(shè)備特征是：a）可以有一個或者多個物理連接連接到網(wǎng)絡(luò)中；b）PTP管理消息的手動或可編程接口。c）能結(jié)合所有的時鐘類型。1.5 同步在協(xié)議的執(zhí)行過程中又來那個階段：（1）建立主從層次；（2）同步時鐘1.5.1 建立主從層次PTP的狀態(tài)有：Master、Slave和Passive。利用最佳主時鐘算法來找最好的時鐘，包含兩個獨立算法：（1）數(shù)據(jù)集比較算法（2）狀態(tài)決策算法數(shù)據(jù)集比較算法以下列這些優(yōu)先屬性比較算法：（1）priority1：用戶可配置的指定，指這個時鐘是否是固定的可選時

9、鐘；（2）clockClass：詳細說明時鐘的TAI可跟蹤性屬性；（3）clockAccuracy：定義一個時鐘精度的屬性；（4）offsetScaledLogVariance：定義時鐘穩(wěn)定性屬性；（5）Priority2：是否是備選的主時鐘；（6）clockIdentity：基于獨特標志符的附加表示規(guī)則。最佳主時鐘算法清楚地選擇兩個時鐘中的一個更優(yōu)。簡單的主從層次如下圖所示：只有普通和邊界時鐘維持這種狀態(tài)形式，同時也只有邊界時鐘能在主從層次中建立分支點。二、消息字段PTP協(xié)議根據(jù)發(fā)送和接收到的消息來計算時間偏差和延遲，每個消息都由一個消息頭（header），消息體（body）和消息后綴（su

10、ffix）組成。2.1 消息頭2.1.1 transportSpecific（Nibble）根據(jù)傳輸?shù)拿浇橛胁煌恼f明。2.1.2 MessageType（Enumeration4）2.1.3 versionPTP（UInteger4）是發(fā)送消息節(jié)點的數(shù)據(jù)集portDS.versionNumber的值。2.1.5 domainNumber（UInteger8）此消息的發(fā)出節(jié)點不同，domainNumber的值不同。2.1.6 flagField（Ocet2）一些標志位，表示的意義如下表2.1.7 correctionField（Integer64）它的值是ns數(shù)誠意216，如2.5ns表示成0

11、 x0000000000028000，它的值依賴于消息類型2.1.8 sourcePortIdentity（PortIdentity）sourcePortIdentiy的值是發(fā)送消息端口數(shù)據(jù)集的portDS.portIdentity的值。2.1.9 sequenceId（UInteger16）除了Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up、management消息外，所有的消息都有sequenceId序列池，對于從同一個時鐘的同一個端口發(fā)出同一個消息，后一個消息的sequenceId是前一個的值1，采用循環(huán)計數(shù)的方式。2.1.1

12、0 controlField（UInteger8）主要是為兼容V1版本而設(shè)置的一組值，接收方不使用這組消息。2.1.11 logMessageInterval(Integer8)的值決定于消息類型 如2.2 Announce消息域如表：2.2.1 originTimestamp（Timestamp）當(dāng)Announce消息發(fā)送時，這個的值置為0或者是與發(fā)送節(jié)點的本地時間相差在1s之內(nèi)。2.2.2 currentUtcOffset2.2.3 grandmasterPriority1（UInteger8）發(fā)送節(jié)點數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterPriority1的值。2.3.4

13、grandmasterClockQuality（ClockQuality）發(fā)送節(jié)點數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterClockQuality的值。2.3.5 grandmasterPriority2（UInteger8）發(fā)送節(jié)點數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterPriority2的值。2.3.6 grandmasterIdentity（ClockIdentity）數(shù)據(jù)集成員的parentDS.grandmasterIdentity的值。2.3.7 stepsRemoved（UInteger16）發(fā)送消息的時鐘數(shù)據(jù)集的currentDS.stepsRemove

14、d的值。2.3 Sync和Delay_Req消息2.3.1 originTimestamp（Timestamp）對于Sync消息，當(dāng)為One-step時鐘時，OriginTimestamp的值應(yīng)該是Sync的，不包括小數(shù)ns，Sync消息correctionField的值和originTimestamp的值應(yīng)該是真實的 。當(dāng)為Two-step時鐘時，originTimestamp的值還是，不包括小數(shù)ns，但是correctionField的值是0，由對應(yīng)的Follow_Up消息來表示2.4 Follow_Up消息2.4.1 preciseOriginTimestamp（Timestamp）Fo

15、llow_Up消息的preciseOriginTimestamp是與對應(yīng)的Sync消息的，F(xiàn)ollow_Up消息和Sync消息的correctionField的和與preciseOriginTimestamp相加，就是同步消息發(fā)送的精確時間。2.5 Delay_Resp消息2.6 Pdelay_Req消息注意：這里的reserved域是為了使得Pdelay_Req消息的長度等于Pdelay_Resp消息的長度，因為在一些網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)橋中，長度不同的消息有不同的傳輸時間，這樣會引來不對稱誤差。2.7 Pdelay_Resp消息2.9 管理消息2.9.1 domainNumber of the he

16、aderdomainNumber應(yīng)該是目標domain2.9.2 sequenceId of the header如果是一個響應(yīng)management消息，sequenceId是接收到的管理消息的sequenceId，否者也有一個序列池。012345FGETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved2.9.4 startingBoundaryHops（UInteger8）對于非響應(yīng)的管理消息，startingBoundaryHops是依情況變化的。對于響應(yīng)的管理消息，它的值是startingBoundaryHopsboundaryHops。2.9.5 bounda

17、ryHops（UInteger8）指管理消息在邊界時鐘的剩下需連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)量。2.9.6 actionFiled（Enumeration4（hex）Value） Action三、數(shù)據(jù)集普通和邊界時鐘應(yīng)該維護的數(shù)據(jù)集有：（1）defaultDS（2）currentDS（3）parentDS（4）timePropertiesDS（5）portDS透明時鐘應(yīng)該維護的數(shù)據(jù)集：（1）transparentClockDefaultDS（2）transparentClockPortDS數(shù)據(jù)集有三種屬性：分別為staticdynamic3.1 defaultDS數(shù)據(jù)集成員說明defaultDS數(shù)據(jù)集是描述時鐘本

18、身的屬性。成員有-defaultDS.twostepFlag- defaultDS.clockIdentity- defaultDS.numberPorts- defaultDS.clockQuality- defaultDS.priority1- defaultDS.priority2- defaultDS.domainNumber- defaultDS.slaveOnly前三個是靜態(tài)數(shù)據(jù)成員defaultDS.clockQuality是動態(tài)成員，包括：（1）defaultDS.clockQuality.clockClass（2）defaultDS.clockQuality.ClockAcc

19、uracy（3）defaultDS.clockQuality.offsetScaledLogVariance這三個數(shù)據(jù)成員都是時鐘自己的屬性。3.2 currentDS數(shù)據(jù)集成員說明數(shù)據(jù)成員都是動態(tài)的，包括的成員有：（1）currentDS.stepsRemoved指的是在本地時鐘和grandmaster時鐘之間通信路徑的數(shù)量。（2）currentDS.offsetFromMaster=（3）currentDS.meanPathDelay按照兩種機制算出來的路徑延遲。3.3 parentDS數(shù)據(jù)集說明parentDS數(shù)據(jù)集的初始化應(yīng)該在defaultDS數(shù)據(jù)集初始化之后，它的所有成員都是動態(tài)的

20、。數(shù)據(jù)集成員有：（1）parentDS.parentPortIdentity指的是發(fā)送Sync消息的Master的PortIdentity，初始化值應(yīng)該遵循：a）parentDS.parentPortIdentity.clockIdentity的值是defaultDS.clockIdentity的值。b）parentDS.portNumber的值初始化為0。（2）parentDS.parentStats如果時鐘有一個端口是Slave狀態(tài)，并且統(tǒng)計地計算出了parentDS.observedParentOffsetScaledLogVariance和parentDS observedParent

21、ClockPhaseChangeRate的值時（4） parentDS.observedParentClockPhaseChangeRate以從時鐘來觀察的parent時鐘的相位變化率估計，正值表示parent時鐘的相位變化率大于slave時鐘的相位變化率。初始化值為7FFFFFFF。注：這個值依賴于測量時間間隔，如果這個值對一個應(yīng)用來說確實有用，時間間隔應(yīng)該在PTP協(xié)議中說明。（5）parentDS.grandmasterIdentity它是grandmaster時鐘的clockIdentity。初始化值為defaultDS.clockIdentity。（6）parentDS.grandma

22、sterClockQuality（7）parentDS.grandmasterPriority1（8）parentDS.grandmasterPriority25 678都是grandmaster的對應(yīng)的值初始化時都初始化成3.4 timePropertiesDS數(shù)據(jù)集成員說明timePropertiesDS數(shù)據(jù)集成員有：（1）timeProtertiesDS.currentUtcOffset（2）timeProtertiesDS.currentUtcOffsetValid（3）timeProtertiesDS.leap59（4）timeProtertiesDS.leap61（5）timePr

23、otertiesDS.timeTraceable（6）timeProtertiesDS.frequencyTraceable（7）timeProtertiesDS.ptpTimescale（8）timeProtertiesDS.timeSourcecurrentDS數(shù)據(jù)集的所有成員都是動態(tài)的。timeProtertiesDS.ptpTimescale的值應(yīng)該在其它數(shù)據(jù)集成員初始化之前進行初始化。3.5 portDS數(shù)據(jù)集成員說明對普通時鐘的端口和邊界時鐘的每個端口，應(yīng)該維護端口數(shù)據(jù)集來給協(xié)議決策和提供消息域的值作為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)集的數(shù)量應(yīng)該是defaultDS.numberPorts的值。靜態(tài)成員

24、有：（1）portDS.portIdentity這個值就是本地端口的PortIdentity屬性。動態(tài)成員有：（1）portDS.portState：值與狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系如下表所示（2）portDS.logMinDelayReqInterval指的是Delay_Req消息最小允許的平均時間間隔，這個值是slave發(fā)個master，這個的值視master時鐘能處理的Delay_Req消息的能力來確定。（3）portDS.peerMeanPathDelay如果時鐘是peer-to-peer時鐘，這個的值硬挨鏈路上的當(dāng)前單路傳輸延遲的估計?？膳渲贸蓡T有：（1）portDS.logAnnounceInterval這個值說明Annouce消息發(fā)送的時間間隔。（2）portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout的值指發(fā)出ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES時，沒有收到Announce消息的個數(shù)。（3）portDS.logSyncInterval指的是Sync消息的時間間隔四、數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型有源數(shù)據(jù)類型和衍生數(shù)據(jù)類型，衍生數(shù)據(jù)類型都是